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有一天，由于一种名为钙钛矿的合成矿物，太阳能电池板可能很轻便且可以挂在晾衣绳上。物理学家Sam Stranks解释了太阳能科学及其所面临的挑战。
太阳能是我们能源未来的关键。但是太阳能行业正在迎合一个难题：硅电池在将太阳光转化为电能方面效率不高 - 最多只有29％的效率。您可能想知道，当阳光充足时，为什么效率甚至很重要？答案是：因为效率低意味着你需要安装大量太阳能电池板 - 这些太阳能电池板可能很大，很重且制造成本高 - 能够产生足够的能量来满足你的需求。
但根据剑桥大学物理学家（和TED研究员）Sam Stranks的说法，这可能会因为一种名为钙钛矿的矿物而改变。他和他在Swift Solar的同事正致力于开发基于钙钛矿的太阳能电池板，这可能会打破能效上限。
钙钛矿在世界上是什么？术语“ 钙钛矿 ”是指两种物质：由钛酸钙组成的钙钛氧化物矿物，以及共享矿物独特晶体结构的一类化合物。拥有如此有前景的光伏（PV）或太阳能产生属性的钙钛矿是由日本科学家Tsutomu Miyasaka及其同事于2009年发现的一组人造版本。（宫坂在谈到 2018年作为一个潜在的诺贝尔奖获得者。）“这些钙钛矿可吸收太阳光比硅更好，” Stranks说。“我们几乎可以用钙钛矿薄膜吸收几乎所有的阳光，钙硅石薄膜比硅薄至少一百倍。”
科学家通过混合两种廉价的盐，卤化铅和有机卤化物来合成钙钛矿。该溶液形成油墨，其可通过使用喷墨印刷或旋涂施加在超细均匀层中。“沉积的薄膜非常薄 - 大约500 纳米或大约是人类头发厚度的1/100 - 它足以吸收发电所需的大部分阳光，”斯特兰克斯说。
结果：一点钙钛矿可以产生很大的力量。“例如，加利福尼亚州需要50千兆瓦的电力，”Stranks说，“为了制造足够的太阳能电池板，你只需要半个奥林匹克游泳池的钙钛矿墨水。”
另一个优点：钙钛矿电池厂比硅厂便宜很多。虽然硅工厂的建造成本约为3亿至4亿美元，但钙钛矿工厂的成本可能不到1亿美元。“费用的差异部分是因为制造高度结晶的硅需要将其加热到非常高的温度以消除缺陷，”Stranks说。“另一方面，钙钛矿薄膜只需要温和加热就可以无缺陷，并且可以在大型印刷机上快速铺设，这样更具成本效益。”
虽然钙钛矿可能不会立即取代硅电池（了解原因，继续阅读），但这两种化合物可以协同工作。“这不是硅片的两者之一，而是两者兼而有之，”斯特兰克斯说。钙钛矿电池可以在现有的硅太阳能电池上层叠 - 在“串联”电池中 - 以提高其效率。Stranks认为，用钙钛矿增强硅可以使每个光伏电池板的效率比现在的光伏电池板高20％。效率的提高会产生影响，可能会通过太阳能过程产生影响。他解释说，“如果你要安装一个之前需要五个面板的房子，你现在只需要四个。这改变了很多事情：太阳能农场的面板突然降低了20％的成本，以及其他成本节约，等等。
以下是串联电池的工作原理。太阳能电池的工作是在可见光谱中收集各种波长的光 - 这些光被感知为不同的颜色 - 并将它们转换成能量。“当你在硅电池顶部层叠钙钛矿电池时，钙钛矿层会收获更高能量的可见光，并将其转化为电能，”斯特兰克斯说。“其余的光线然后传播到下面的硅电池，它吸收更红，更低能量的光线并将它们转化为能量。我们的想法是，对于这两个层，你几乎可以收获整个光谱，但是你要按顺序进行，以最大限度地提高产生的功率。“
为什么不完全摆脱硅而只是使用钙钛矿？斯坦克斯说，这就是目标。钙钛矿 - 钙钛矿串联电池 - 由他的共同创始人Giles Eperon和Tomas Leijtens 首次展示的概念 - 是Swift Solar团队开发的一项技术。两种不同类型的钙钛矿电池彼此叠加，正如串联钙钛矿 - 硅电池收集不同频率的光，串联钙钛矿 - 钙钛矿电池也是如此。这些可能会将效率提高到35％或更高。
(责任编辑：中建太阳能) |
